刺參(Apostichopus japonicus Selenka)對典型環(huán)境脅迫的生理生態(tài)學響應及其機制研究.pdf

1、刺參(Apostichopus japonicus Selenka)屬于棘皮動物門(Echinodermata)、海參綱(Holothroidea)，是我國重要的海水養(yǎng)殖經(jīng)濟種類。近年來，由于其較高的經(jīng)濟價值，刺參養(yǎng)殖業(yè)在我國發(fā)展很快，目前已成為海水養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)之一。本論文以刺參為研究對象，設計了典型的環(huán)境脅迫因子，包括溫度、氨氮、饑餓和夏眠、運輸、排臟等，對比研究了脅迫種類、脅迫強度、脅迫作用方式等對刺參生理和生態(tài)學的不同影響。通過

2、本研究的進行，不僅可以揭示環(huán)境脅迫對刺參影響的生理和生態(tài)學機制，豐富刺參生物學研究內(nèi)容，還有助于找到消除或緩解環(huán)境脅迫對刺參負面影響的方法，從而為改進刺參養(yǎng)殖技術、促進刺參養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展提供必要的理論依據(jù)，因此具有重要的理論和實際意義。研究結(jié)果總結(jié)如下：
　　 1.采用實驗生態(tài)學的方法，研究了不同變溫模式(變溫回復、變溫維持)、變溫強度(16±4℃，±8℃，±12℃)及變溫方向(升溫、降溫)對刺參(Apostichopusja

3、ponicus Selenka)幼參(體重3.37-4.61g)熱休克蛋白70(Hsp70)表達的影響。主要結(jié)果如下：(1)升溫組在不同變溫模式下刺參熱休克蛋白70表達量在實驗開始后均迅速升高，說明溫度脅迫可以迅速誘導熱休克蛋白70的表達(P<0.05)。(2)在升溫回復實驗中，溫度可以誘導熱休克蛋白70的迅速表達(P<0.05)，當放回正常溫度時，熱休克蛋白70水平逐漸下降，下降趨勢一直保持到72h，其中R24組在第72h與對照組無顯

4、著差異(P>0.05)，R20組在第48h與對照組無顯著差異(P>0.05)，這說明熱應激后熱休克蛋白70表達迅速但維持時間較短。(3)升溫維持組刺參熱休克蛋白70表達在實驗開始后迅速升高，之后緩慢降低但始終維持在一個較高的水平上，說明持續(xù)的熱應激可以誘導熱休克蛋白70持續(xù)表達。(4)刺參熱休克蛋白70的誘導強度不僅與變溫持續(xù)時間有關，并且也與變溫強度相關聯(lián)。在本實驗中，升溫組變溫幅度越大，刺參熱休克蛋白70的表達越迅速，表達強度越高，

5、維持時間越長。(5)本實驗研究發(fā)現(xiàn)，升溫組刺參熱休克蛋白表達在應激開始后2h迅速升高，但是降溫組刺參熱休克蛋白表達在應激開始后4h內(nèi)保持相對穩(wěn)定，然后迅速升高至第8h達到最高。刺參熱休克蛋白70的表達對不同變溫方向的相應不同，相比降溫波動，刺參對升溫波動更加敏感。綜上，更多的研究應當以此為基礎，關注于更復雜的、貼近自然狀態(tài)的熱應激條件下刺參熱休克蛋白表達的規(guī)律和分子機制。
　　 2.以初始體重為(50.50±1.67)g左右的刺

6、參(Apostichopusjaponicus Selenka)為研究對象，研究了不同氨氮濃度對刺參體壁和體腔液中酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(AKP)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性及Hsp70表達的影響。20天慢性毒性實驗研究結(jié)果表明：(1)刺參體壁和體腔液ACP、AKP活性在0.51和2.04 mg/L氨氮濃度下表現(xiàn)出先上升后降低的趨勢，而在5.09、10.19和50.93mg/L下，則表現(xiàn)出降低的趨勢；(

7、2)不同濃度氨氮脅迫下，刺參體壁CAT活性均呈現(xiàn)降低趨勢，且與氨氮濃度呈現(xiàn)顯著的負相關性(P<0.05)，而刺參體腔液CAT活性在0.51、5.09、10.19和50.93 mg/L濃度下則均隨取樣時間而降低；(3)在氨氮濃度0.51～5.09 mg/L時，刺參體壁和體腔液SOD活性均表現(xiàn)出不同程度的先增高后降低的趨勢，而在高濃度下則與氮氮濃度顯著負相關；(4)在氨氮脅迫下，刺參體壁、呼吸樹、腸道和體腔液中Hsp70表達量迅速升高，氨氮

8、脅迫第5天時檢測到達到最高；隨后各組織Hsp70的表達量緩慢降低，但在氨氮脅迫第20天時，各組織Hsp70的表達量仍顯著高于氨氮脅迫前的水平(P<0.05)。各組織中Hsp70最高表達量與氨氮濃度呈現(xiàn)明顯的正相關性。綜合本研究結(jié)果可以看出，隨著氨氮脅迫濃度的增加和脅迫時間的延長，刺參免疫酶活性趨于降低，同時機體清除自由基的能力下降，機體非特異性免疫防御系統(tǒng)遭到損傷。而Hsp70表達量維持在較高水平，對于增強機體的抗逆性具有重要的作用。<

9、br>　　 3.采用實驗生態(tài)學方法，研究了刺參(Apostichopus japonicus Selenka)在夏眠、實驗性夏眠、饑餓狀態(tài)下生長、代謝及免疫應答的變化。通過測定刺參體重、耗氧率(OCR)、體壁和體腔液中免疫酶活性包括酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(AKP)、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及熱休克蛋白70(Hsp70)表達，以評估刺參在不同處理下的生理反應。主要結(jié)果如下：(1)在所有三個處理中刺參

10、體重顯著下降(P<0.05)。(2)饑餓組、實驗性夏眠組刺參OCR下降，但自然夏眠組刺參COR逐漸升高。(3)三個處理組體壁和體腔液中ACP、AKP活性逐漸降低，饑餓組和實驗性夏眠組刺參體壁和體腔液中SOD、CAT活性及Hsp70表達逐漸降低，但是自然夏眠組刺參體壁和體腔液中SOD、CAT活性及Hsp70表達逐漸升高。結(jié)果顯示，刺參在饑餓條件下，體重、代謝速率及免疫應答由于停止攝食而降低。當水溫保持在24℃時，刺參進入夏眠狀態(tài)，但是實驗

11、性夏眠與自然夏眠狀態(tài)在耗氧率、免疫應答及Hsp70表達方面不盡相同。這揭示了夏眠的機制是復雜的，不能僅僅歸咎于環(huán)境因子的變化，比如溫度。
　　 4.采用實驗生態(tài)學的方法，研究了帶水運輸法不同運輸溫度(10℃、15℃、20℃、)、密度和運輸時間(<24h)對刺參(Apostichopus japonicus Selenka)幼參行為、排臟及存活的影響，并在此基礎上確定不同溫度下刺參幼參運輸?shù)呐R界密度以研究不同溫度、密度和運輸時間對

12、刺參機體生理指標的影響以及機體對運輸過程中脅迫因子的響應機制。通過研究發(fā)現(xiàn)，運輸作為一種多因子協(xié)同作用的急性脅迫過程，運輸密度、運輸溫度及運輸時間對刺參的行為、存活及生理指標均具有顯著地影響。采用塑料袋加水充氧的方法以較高的密度運輸刺參稚參是可行的。保持較低溫度(10℃)可以提高刺參的運輸密度(140頭/2kg水)，并可以延長運輸時間(24h)，但較低的溫度、較高的密度及較長的運輸時間會延長刺參休克后恢復的時間。因而，在10℃下保持14

13、0頭/2kg水的密度運輸24h是可行的，但我們建議刺參的運輸采用更加保守的范圍，降低脅迫強度以利于釋放后更快的恢復。
　　 5.于2009年5月17日到2009年6月30日，采用實驗生態(tài)學的方法，研究了人工誘導排臟對刺參(Apostichopusjaponicus Selenka)生長、代謝及免疫應答的影響。通過測定體重、特定生長率(SGR)、耗氧率(OCR)及體壁、腸道、呼吸樹中免疫酶活力，包括酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶

14、(AKP)、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、總抗氧化能力(T-AOC)、微量丙二醛(MDA)以評估刺參排臟及內(nèi)臟再生過程中的生理反應。結(jié)果顯示，排臟后刺參體重顯著下降然后隨著消化功能的恢復逐漸上升，然而排臟45天后末體重始終極顯著低于對照組(P<0.01)。實驗第10天至第20天再生組SGR上升而在實驗結(jié)束時與對照組無顯著差異(P>0.05)。刺參排臟后OCR迅速降低隨后逐漸升高并在第45天與對照組無顯著差異(P>0.0

15、5)。刺參再生期間的免疫應答具有明顯的組織特異性。排臟后體壁內(nèi)ACP和AKP活力升高，于第10天達到峰值然后逐漸降低并于第45天降至正常水平(P>0.05)。20天后再生組織中ACP和AKP活力存在不同的上升趨勢，在實驗結(jié)束時呼吸樹中ACP活力、腸道和呼吸樹AKP活力恢復正常水平(P>0.05)，而腸道ACP活力仍然顯著高于對照組(P<0.05)。體壁SOD活力受排臟影響不大而再生組織中SOD活力顯著升高并于實驗結(jié)束時極顯著高于對照組(

16、P<0.01)。體壁CAT活力升高并于20天達到峰值且在實驗過程中始終顯著高于對照組(P<0.05)，呼吸樹中CAT活力持續(xù)升高并在第45天與對照組無顯著差異(P>0.05)，而腸道中CAT活力受排臟影響不大(P>0.05)。排臟后三種組織中T-AOC和MDA均顯著升高(P<0.05)，但在實驗結(jié)束時均恢復正常水平(P>0.05)。本研究說明排臟對刺參生長、代謝以及免疫應答均具有顯著的影響。盡管再生組體重與對照組具有顯著差異，但SGR、